金属材料的塑性变形与再结晶

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1、第4章金属材料的塑性变形与再结晶§4.1金属材料的塑性变形特性§4.2塑性变形对组织与性能的影响§4.3回复与再结晶§4.4金属材料的热加工金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种压力加工，如轧制、挤压、冷拔、锻压、冲压等，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件，并可以消除铸造过程中的某些缺陷。压力加工的实质就是塑性变形。§4.1金属材料的塑性变形特性第四章金属材料的塑性变形特性一、金属材料变形特性材料在外力的作用下，变形过程一般可分三个阶段：弹性变形、塑性变形和断裂。其中对组织和性能影响最大的是塑性变形阶段。第四章金属材料的塑性变形

2、特性单晶体塑性变形基本形式：滑移(fcc、bcc)和孪生(hcp)。二、单晶体的塑性变形第四章金属材料的塑性变形特性1、滑移定义滑移：指晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。滑移带：当试样经过塑性变形后，在显微镜下观察，可在表面看到许多相互平行的线条，称之为滑移带。若干条滑移线组成一个滑移带。（一）滑移第四章金属材料的塑性变形特性2、滑移的特点：正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。外力在晶面上的分解切应力作用下的变形锌单晶拉伸照片(1)滑移只能在切应力的作用下发生。第

3、四章金属材料的塑性变形特性正应力σ：仅使晶格产生弹性伸长，当超过原子间结合力时，使将晶体拉断；切应力τ：使晶格产生弹性歪扭，在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑动。产生滑移的最小切应力称临界切应力。——原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。2、滑移的特点：(2)滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生第四章金属材料的塑性变形特性一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。X62、滑移的特点：第四章金属材料的塑性变形特性滑移系越多，金属发生滑移

4、的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。就塑性而言，fcc＞bcc＞hcp。2、滑移的特点：第四章金属材料的塑性变形特性2、滑移的特点：切应力达到临界值时，滑移面两原子对间发生切变，发生分离，并使其在相邻位置上形成新的原子对，这一过程不断重复，使两部分晶体发生相互移动。过程结束后，晶体恢复原来的结构，整个滑移的间距为原子的整数倍，并在晶体表面留下台阶。(3)滑移的结果产生滑移带，滑移的距离是原子间距的整数倍第四章金属材料的塑性变形特性转动的原因：晶体滑移使试样两端的拉力不再处于统一轴线，产生一个力矩使滑移面转动转动结果：滑移面趋向与拉伸轴平行，使外力作

5、用在同一直线，使切应力分量大，更易于变形。2、滑移的特点：滑移后,滑移面两侧晶体的结构、位向关系未发生变化。(4)滑移的同时伴随着晶体的转动第四章金属材料的塑性变形特性把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大3-4个数量级！金属计算值(MN/m2)实测值(MN/m2)计算值与实测值之比铜银金镍镁锌64004500450011000300048001.00.50.925.80.830.946400900049001900360051003、滑移的机理第四章金属材料的塑性变形特性×√多脚虫的爬行3、滑移的机理第四章金属材料的塑性变形特性滑移是通过滑移

6、面上位错（一排原子）的运动来实现的。3、滑移的机理晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象称作位错的易动性。位错是已滑移区和未滑移区的交界。第四章金属材料的塑性变形特性思考：滑移的结果使晶体中的位错扫过滑移面而移到晶体表面。——随着塑性变形的进行，晶体中的位错数量将不断减少？答案是相反的！——位错的增殖弗兰克-瑞德位错增殖机理Si晶体中观察到的弗兰克-瑞德增殖位错（二）孪生孪生：切应力作用下晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生均匀的移动。发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶

7、面称孪生面，孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。第四章金属材料的塑性变形特性密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶（1）滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。孪生使一部分晶体发生均匀移动，滑移时伴随的移动只集中在滑移面上。（2）孪生所需要的临界切应